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精密加工

超音波技術による極限微細加工への挑戦

埼玉県

株式会社industria

2020年3月18日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 卓上型(超小型)・超精密リニアステ-ジを利用した超音波振動微細切削加工技術の開発
基盤技術分野 精密加工
対象となる産業分野 自動車、産業機械、工作機械、光学機器
産業分野でのニーズ対応 高性能化(既存機能の性能向上)、高性能化(小型化・軽量化)、高性能化(精度向上)、高効率化(同じ生産量に対するリソースの削減)、高効率化(生産性増加)、低コスト化
キーワード 超精密、超音波、マイクロスピンドル、卓上工作機械、切削技術
事業化状況 事業化に成功し継続的な取引が続いている
事業実施年度 平成19年度~平成20年度

プロジェクトの詳細

事業概要

直径数十~数μMの微細工具を用いた切削における重要な問題点として、1切削抵抗が工具剛性より大、2工具中心での切削速度がゼロ、3切削比が大きく切削性劣悪等がある。これを解決するために、新たに、微細パルス切削の原理を導入し、超高速回転にナノ制御超音波振動を融合し、かつ小型で超精密卓上工作機械に搭載可能な「超精密/超音波マイクロスピンドル」を開発する。この装置によりわが国独自の超精密・微細切削技術を実現する

開発した技術のポイント

超音波振動切削技術により、高アスペクト比の微細金型や部品加工、ガラスやセラミックスなどの高硬度脆性材料の高能率微細加工を実現するために、1)小型高速超音波スピンドル、2)微細cBN(立方晶窒化ホウ素)エンドミル、3)超精密卓上型リニアステージを完成させた。さらに4具体的微細加工事例を成功させ、この開発技術の有効性を証明した。
(新技術)
<開発目標>
・超音波振動(f、a)の援用により、パルス切削力を作用させ、微細高アスペクト比工具のたわみを微小化する
・同技術で、セラミックスなどの微細加工能率を向上させる

具体的な成果
超音波スピンドルR2_ph171055

1.小型高速超音波スピンドルは、コンパクトで設置工作機械を選ばない。回転数は最大で毎分50,000(空気静圧軸受タイプ)、振動数41kHz(キロヘルツ)である。
2.微細cBNエンドミルは、刃径30μmでアスペクト比5であり、かつ鋭利で丈夫な切れ刃を有する。
3.超精密卓上型リニアステージは、1m2の設置スペースであり10nmの繰返し位置決め精度を達成している。
4.加工技術に関しては、焼入鋼、タングステン、硬質ガラス、SiC(炭化ケイ素)、ジルコニアあるいは超硬合金などの高アスペクト比微細加工に関するテストカットを多数行い、開発した加工システムの有効性を実証している。

知財出願や広報活動等の状況

特許出願数:4件、論文数:約20件

研究開発成果の利用シーン

工具先端へ振動を与える為に最適化されたスピンドル本体は高精度であると同時に従来品の大きさ半分と小型化も実現。様々な機械に適用可能で新たな加工ニーズお応えします。

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

事業化製品(小型高速超音波スピンドル)については、産学ともに研究機関への研究目的で販売している。派生技術製品(微細cBNエンドミル)については、量産川下企業への販売により、さらなる川下企業からの要求が続いている為、現行品販売と、バージョンアップを並行して行っている。

提携可能な製品・サービス内容

加工・組立・処理、素材・部品製造、製品製造

製品・サービスのPRポイント

刃先に超音波振動を発生させるコンパクトなスピンドルであるR2は、既存のNC機械に取り付けるだけで、難切削素材の精密切削加工を容易に行えるようにします。

今後の実用化・事業化の見通し

・ベアリング型超音波小型スピンドル(最大回転数毎分2万回)は既に大手自動車メーカーをはじめ20数社へ提供し、改良を加え2010年初頭より量産に入る予定である。
・空気静圧軸受型超音波小型スピンドル(1分間の最大回転数毎分5万回)は、最終商品設計段階で2010年春から超精密金型、自動車メーカーへ販売していく。
・本事業で開発した超音波スピンドル、極限の極微細加工工具、リニアステージの技術を用いて、超精密縲恃ラ切削(研削)の受託加工を50件以上既に受注しており、各企業の研究所向きに、超精密加工ソリューションサービスとして本事業技術の融合によるサービスを順次拡充していく。

実用化・事業化にあたっての課題

1空気静圧軸受型超精密超音波スピンドルを事業化する。
2小型超音波スピンドルを、卓上型ステージを含め各種工作機械に搭載し、加工用途を拡張するための研究を行う。
3極限の極微細加工工具に関して研究する。
4小型超音波スピンドルのスマートな振幅制御を可能とする次世代型超音波振動切削技術に関する研究を行う。

事業化に向けた提携や連携の希望

広く全国に認知されれば販路はさらに拡大すると思われ、展示会出展などに努力しています。販路開拓支援、資金的な支援があればありがたい。

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 株式会社industria 技術センター
事業管理機関 タマティーエルオー株式会社
研究等実施機関 日進工具株式会社
学校法人日本工業大学
アドバイザー 京都大学、ミクロン精密株式会社

サポイン事業者 企業情報

企業名 株式会社industria(法人番号:903000102710)
事業内容 industriaブランド製品の企画開発製造販売、各種装置の設計・製造、微細加工・溶接・磨きの受託加工
社員数 40 名
生産拠点 本社工場
本社所在地 〒358-0014 埼玉県入間市宮寺2700
ホームページ http://www.industria.co.jp/
連絡先窓口 代表取締役社長/高橋 一彰
メールアドレス kaz@industria.co.jp
電話番号 04-2934-6921